Alt du bør vite om lagermaterialer

Alt du bør vite om lagermaterialer

Lagrene er avgjørende for produksjon og brukes i mange forskjellige typer utstyr og maskiner. Fra grunnleggende industrielt utstyr til komplekse maskiner, lagrer reduserer friksjonen og gjør dem i stand til å håndtere ulike typer belastninger. Derfor er bruk av kvalitet og pålitelige materialer avgjørende for lagerproduksjonsprosessen.

Ulike materialer brukes til å produsere ulike typer høykvalitetslagre og deres mange komponenter. Disse materialene utsettes for en spesifikk prosess for å oppnå de ønskede egenskapene som øker levetiden og ytelsen til lageret. Teamene ved AUB kan diskutere de forskjellige materialene som brukes i lagerproduksjonen og hvordan hver påvirker lagerets bruk, integritet og funksjon.

Ytelsen til ethvert lager avhenger av egenskapene til den valgte legeringen og dens varmebehandling. Å velge et materiale med riktig hardhet, korrosjonsbestandighet og utmattingslevetid sikrer at lageret vil fungere pålitelig innenfor drifts- og miljøparametere for applikasjonen. AUB bruker forskjellige materialer for å produsere ulike lagerkomponenter. Disse materialene er behandlet for å oppnå ideelle egenskaper for å maksimere lagerytelse og levetid. Materialene beskrevet her er de mest brukte. Lagermaterialet er varmebehandlet internt for optimal hardhet og dimensjonsstabilitet.

lagermaterialer

Kromstållager – 52100

Det meste felles materiale brukt til produksjon av lastbærende komponenter i presisjonskulelager, rullelager og koniske rullelager er 52100 kromstål. Disse komponentene refererer til lagerets indre og ytre ringer, kuler og ruller. Den kjemiske sammensetningen av dette stålet er rikt på karbon og inneholder omtrent 1.5 % krom. Ved å bruke kontrollerte maskinerings- og varmebehandlingsmetoder har de ferdige lagerkomponentene høy styrke for å motstå sprekker og harde overflater for å motstå tretthet under rullekontakt. Typiske overflatehardheter for lagerkomponenter laget av dette materialet varierer fra 60-64 på Rockwell C-skalaen (Rc).

Den har en akseptabel kostnad, høyt hardhetsnivå og roligere kjørestøy. Derfor er fordelene med å bruke kromstållager høy hardhet, høy lastekapasitet, lav desibel og bred tilgjengelighet. Den må imidlertid forbli smurt og er ikke motstandsdyktig mot korrosjon eller kjemikalier. Brukere rådes til å beskytte kromstållager med et olje- eller antirustbelegg for å forhindre korrosjon.

lagermaterialer

Ultrarent 52100 kromstål

Råstålet som brukes til å produsere høypresisjonslagere behandles med et ekstra smeltetrinn, noe som resulterer i et stål med en meget jevn struktur av finkornet materiale – ultrarent 52100 kromstål. Lagerkontaktflatene kan superbehandles veldig glatte, slik at lagrene går veldig stille.

Den vanligste varmebehandlingsmetoden for kromstål er å bråkjøle stålet i en ovn med kontrollert atmosfære. Lagre laget av kromstål kan fungere ved kontinuerlige temperaturer opp til 120°C. Der det oppstår høyere temperaturer, kan lagersammenstillingen termisk stabiliseres. Ved å variere varmebehandlingsprosessen er det mulig å produsere lagre som kan operere ved 220°C eller høyere. For disse bruksområdene må lagerkomponenter tempereres ved høyere temperaturer tilsvarende driftstemperaturene. Denne økte herdingen har en negativ effekt på hardheten til materialet og lagerets bæreevne reduseres.
Som det fremgår av tabellen nedenfor, varierer standard kjemisk sammensetning av kromstål fra land til land.

Ultrarene 52100 kromstållager
kjemisk sammensetning av kromstål

Et annet vanlig materiale som brukes til å lage lagre er rustfritt stål. Rustfritt stål er et populært materialvalg for lagre på grunn av dets høye krom- og karboninnhold, som er motstandsdyktig mot overflatekorrosjon enn kromstål. Det er mer enn 60 kvaliteter av rustfritt stål, som hver varierer i henhold til sammensetning og fysiske egenskaper. Generelt inkluderer sammensetningen av rustfritt stål varierende mengder krom, karbon, fosfor, nikkel, mangan og molybden. I tillegg hjelper karakterer med å beskrive egenskapene til rustfrie stållegeringer, inkludert korrosjons- og temperaturmotstand, magnetisk respons, seighet, duktilitet, sveisbarhet og arbeidsherding.

I tillegg til å inneholde minst 18 % krom, inneholder rustfritt stål også nikkel. Kromet i det rustfrie stålet reagerer kjemisk når det utsettes for oksygen, og danner et lag med kromoksid på overflaten av lagerkomponentene. Denne passiverende kjemiske filmen gir ekstra beskyttelse for lageret. Imidlertid er rustfrie stållagre mindre harde på grunn av karboninnholdet. Som et resultat har de en 20 % lavere bæreevne enn 52100 kromstållager.

Det er to vanlige typer rustfrie stållagre: martensittiske og austenittiske. Martensittiske rustfrie stållagre (SV30) gjennomgår ofte forringelse under bearbeiding av det originale stålet, noe som resulterer i redusert karboninnhold og økt nitrogeninnhold i materialet. Resultatet er et stål med høy styrke, hardhet og forbedret korrosjonsbestandighet. Austenittiske rustfrie stållagre (AISI316) er derimot ikke-magnetiske og svært korrosjonsbestandige på grunn av deres lave karboninnhold. Imidlertid kan de bare brukes for lav belastning og lav hastighet.

Karboninnholdet i 400-serien rustfritt stål er høyt nok til at det kan herdes til Rc58 ved bruk av standard varmebehandlingsmetoder. Lagre laget av dette materialet har 20 % lavere bæreevne enn 52100 kromstållager på grunn av den lavere hardheten. Nivået på karboninnholdet betyr at komponenten er magnetisk. Korrosjonsbestandighet er "God" når 440C-materiale utsettes for ferskvann og milde kjemikalier. Dette materialet er mye populært blant amerikanske lagerprodusenter.

Lagre laget av konvensjonelt 440C rustfritt stål vil være litt støyende fordi karbider, som vanligvis konsentreres ved korngrenser, blir eksponert under etterbehandling av løpebanen. Lagre med større boringer påvirkes ikke av denne tilstanden. Lagre laget av 400-serien rustfritt stål kan operere ved høyere temperaturer enn kromstål, opptil 250°C kontinuerlig. Lagre laget av dette materialet er vanligvis dyre enn kromstållagre.

440C rustfritt stållager

AISI 440 rustfritt stål – Utmerket seighet og hardhet med god korrosjonsbestandighet. Dette materialet er mye brukt i lagerapplikasjoner der det kreves nøyaktige toleranser og overflatefinish. Vanlig varmebehandling kan utføres i henhold til MIL-H-6875. Rustfrie stållagre er tilgjengelige i en rekke materialkvaliteter og sammensetninger av rustfritt stål. Fordelene med lagre i rustfritt stål inkluderer: Tåler tøffe korrosive forhold som resulterer i lengre levetid, reduserte vedlikeholdskostnader og nedetid for utstyr. Sjøvannseksponering er en av de tøffeste bruksområdene i lagerverdenen. Spesielle kvaliteter av rustfritt stål er tilgjengelig for sjøvannsapplikasjoner.

Martensittiske rustfrie stållager – ACD34 / KS440 / X65Cr13

Mange lagerprodusenter bruker rustfritt stål med litt lavere karbon- og krominnhold enn AISI 440C, kjent under forskjellige navn som ACD34, KS440 og X65Cr13, for sine ringer og kuler. Når det varmebehandles, har dette materialet mindre karbider, slik at lageret vil ha utmerkede lavstøyegenskaper samtidig som det gir samme korrosjonsmotstand som 440C. Noen produsenter publiserer samme belastningsklassifiseringer som kromstål for lagre produsert av dette materialet. Dette skyldes bruk av en tett kontrollert varmebehandling med en hardhet på opptil Rc 60. Selv om dette er et av de mest brukte rustfrie stålene for kulelager, har ikke dette materialet AISI-betegnelse.

Martensittiske rustfrie stållager

Martensittiske rustfrie stållager – SV30

Martensittiske rustfrie stål kan modifiseres under bearbeiding av råstål ved å redusere karboninnholdet og introdusere nitrogen som et legeringselement. Nitrogen øker metningen av krom, som blir til kromnitrid i stedet for kromkarbid. Resultatet er et høyfast stål med høy hardhet med en utmerket mikrostruktur som kan øke utmattelseslevetiden med opptil 100 % (dobbelt) i enkelte applikasjoner. Dette materialet har også forbedret korrosjonsmotstand, til og med 5 ganger bedre enn 440C og ACD34. Lagre laget av dette materialet kan være 20 – 40 % dyre, men dette oppveies vanligvis av fordelene med overlegen ytelse.

Selvjusterende kulelager 1

Austenittisk rustfritt stål

300-serien austenittisk rustfritt stål brukes til ikke-bærende deler. Lagerkomponenter laget av 300-serien rustfritt stålmateriale er motstandsdyktige mot korrosjon og er ikke-magnetiske på grunn av deres lave karboninnhold. Avveiningen er imidlertid at dette materialet ikke kan herdes, så lagrene kan kun operere ved lave belastninger og hastigheter. Den kjemiske reaksjonen av bæreflaten med oksygen kalles passiveringsprosessen; passiveringsfilmen dannet på overflaten beskytter lageret mot korrosjon. Korrosjonsbestandighet er best når lageret ikke er helt nedsenket i væsken, for eksempel i undervannsapplikasjoner. Lagre laget av dette materialet er vanligvis spesialbestillingsvarer som krever et minimumsantall; i tillegg er de dyre.

Vanligvis har 300-seriens rustfrie stållagre et klasse 304-hus og en klasse 302-lagerholder. Grade 304 er svært motstandsdyktig mot brudd (høy duktilitet) og har svært høy korrosjonsbestandighet. 302 har et litt høyere karboninnhold – økende hardhet – noe som gjør den egnet for komponenter i selve lageret. Et komplett lager laget av 300-serien rustfritt stål har omtrent halvparten av bæreevnen til et lager laget av 52100 lagerstål.

Krom stållager

AUB produserer lagre ved hjelp av 316 rustfritt stål, som gir overlegen korrosjonsmotstand sammenlignet med konvensjonelt stål og 440 rustfritt stål lagre. 316 rustfritt stål er motstandsdyktig mot atmosfæriske og generelle korrosive forhold enn noe annet standard rustfritt stål. 316 rustfritt stål er mye brukt i mat- og medisinsk industri. Lagre laget av dette stålet kan kjøre i væsker eller tørke ved lave hastigheter. 316 rustfritt stål er et molybdenholdig rustfritt stål. Molybden gir 316 bedre total korrosjonsbestandighet enn 304 klasse, spesielt høyere motstand mot grop- og sprekkkorrosjon i kloridmiljøer.

316 stållager

Viktige funksjoner:

  • Molybdeninnhold øker motstanden mot marine miljøer.

  • Høy krypestyrke og god varmebestandighet ved høy temperatur.

  • Biokompatibel.

  • Produksjonsegenskapene ligner på type 302 og 304.

Bruksområder: Mat- og farmasøytisk prosessutstyr, marine miljøer, kirurgisk medisinsk utstyr og industrielt utstyr som håndterer aggressive kjemikalier som brukes i produksjon av blekk, rayon, fotografiske kjemikalier, papir, tekstiler, blekemiddel og gummi.

Korrosjonsbestandighet: Korrosjonsmotstanden er bedre enn 440c, 302, 304 rustfritt stål. Motstandsdyktig mot natrium- og kalsiumsaltløsninger, hypoklorittløsninger, fosforsyre, sulfittløsninger og svovelsyrling som vanligvis brukes i masseindustrien.

316 rustfritt stål materialsammensetning

316 RUSTFRI MATERIALSAMMENSETNING

Andre 300-serien rustfrie stållager

Lagerskjold, tetningsskiver og kuleholdere er noen ganger produsert i AISI303 eller AISI304 rustfritt stål, da de har moderat korrosjonsbestandighet og er egnet til å formes i forskjellige former.

Karbonlegering stållager

Karbonstålmaterialer brukes til å produsere ulike komponenter av lagre, og det er to grunnleggende typer, middels karbonlegert stål og lavkarbonlegert stål.

Medium karbonlegering stållager

Lagre laget av middels karbon eller lavkarbonlegerte stålmaterialer blir ofte referert til som "semipresisjons" eller "kommersiell klasse" lagre. Typiske materialer er AISI8620 eller AISI4320. De indre og ytre ringene er kasseherdet i en varmebehandlingsprosess som kalles kasseherding eller karburering. Lagre laget av disse materialene tåler ikke høye belastninger eller høye hastigheter og er ikke korrosjonsbestandige. Lagre laget av disse materialene er generelt lave kostnader.

Lagre i lavkarbonlegert stål

Blødt stål brukes til å produsere lagerbur, metallskjold og metallskiver som gummi er støpt rundt for bruk som tetninger. Vanlige materialer er AISI C1008 og C1010. Olje-/fettbelegg (bur) eller plettering (skjold) er nødvendig for å beskytte materialet mot korrosjon. For informasjon om holdere og lukkinger, se de respektive tekniske bulletinene.

Varmebehandling av lagerstål

Når lagerstål er i myk (uherdet) tilstand, refererer metallurger til strukturen som perlitisk tilstand. For å herde stål må det varmes opp til svært høye temperaturer og deretter avkjøles veldig raskt. Ved oppvarming til 1,750 °F i en varmebehandling ovn endres strukturen fra perlitt til det som kalles austenitt. Etter bråkjøling (rask avkjøling) endres strukturen fra austenitt til martensitt. Når stålet er omdannet til martensitt, blir det veldig hardt. Imidlertid anses det ikke som "termisk stabilt" på dette tidspunktet. Dette er fordi ikke all austenitt omdannes til martensitt under bråkjølingsprosessen. Dette fenomenet kalles "retained austenite".

Hvis stålet ikke er termisk stabilt, vil den tilbakeholdte austenitten omdannes til martensitt over en lengre periode (eventuelt år). Denne transformasjonen er ledsaget av en økning i volum og kalles metallurgisk vekst (ikke å forveksle med termisk vekst). Metallurgisk vekst kan forårsake endringer i størrelsen og formen til enhver stålkomponent, for eksempel et lager, selv ved romtemperatur.
Selv om det ikke er et problem i lager med lav presisjon, kan denne mangelen på dimensjonsstabilitet forårsake problemer i miniatyrlagre med høy presisjon (ABEC 5P, 7P, 9P). For å eliminere denne uønskede metallurgiske veksten, må stålet stabiliseres termisk. Dette oppnås ved gjentatt avkjøling og temperering ved -120 F for å transformere det meste av den tilbakeholdte austenitten til martensitt.